用于浮空器的囊體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及航空航天設備領域，尤其涉及用于浮空器的囊體裝置。
【背景技術】
[0002]隨著航空航天、導航制導等領域的科技水平的高速發(fā)展，對電子系統(tǒng)的體積、重量、性能的要求越來越高。由于雷達、導航設備等各種復雜電子設備的使用，現(xiàn)代飛行器采用了大量天線系統(tǒng)。
[0003]對于浮空氣球、飛艇等浮空器而言，其用于通信的天線通常設置于浮空器的吊艙內(nèi)。然而，對于浮空器而言，其載荷空間和載荷重量都是非常有限的，天線的設置無疑增加了其載荷設置難度；尤其對于平流層浮空器，需要在平流層長期停留，過重的載荷也會影響其在平流層停留時間。
[0004]因此，本領域亟需一種改進的用于浮空器的囊體裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。
[0006]為了克服上述缺陷，本實用新型旨在提供一種用于浮空器的囊體裝置。
[0007]根據(jù)本實用新型的一方面，提供了一種用于浮空器的囊體裝置，包括:
[0008]囊體；以及
[0009]天線單元，該天線單元包括:
[0010]超材料結(jié)構(gòu)，該超材料結(jié)構(gòu)與該囊體形成一體；以及
[0011]饋源，該饋源設置在浮空器內(nèi)部并朝該超材料結(jié)構(gòu)定向。
[0012]在一實例中，該超材料結(jié)構(gòu)包括形成在該囊體的內(nèi)表面、外表面或內(nèi)部的至少一層的人造微結(jié)構(gòu)。
[0013]在一實例中，該囊體包括由外至內(nèi)依次層疊設置的防護層、氣密層、載荷承力層，將上述多層相互粘結(jié)的黏結(jié)層，以及設置于載荷承力層表面的焊接層。
[0014]在一實例中，該人造微結(jié)構(gòu)設置于防護層、氣密層、載荷承力層或焊接層表面。
[0015]在一實例中，該人造微結(jié)構(gòu)由導電材料構(gòu)成。
[0016]在一實例中，該人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、雕刻、蒸鍍、濺射、絲印、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻工藝進行附著。
[0017]在一實例中，該超材料結(jié)構(gòu)包括多層的人造微結(jié)構(gòu)及該多層的人造微結(jié)構(gòu)之間的基板，該多層的人造微結(jié)構(gòu)和基板通過熱壓工藝層疊在一起。
[0018]在一實例中，該載荷承力層為芳綸纖維、滌綸纖維或PBO。
[0019]在一實例中，該氣密層的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯或乙烯-乙烯醇共聚物。
[0020]在一實例中，該防護層為聚氟乙烯膜或含氧化鋅的熱塑性聚氨酯。
[0021]在一實例中，該焊接層的材料為聚酯類、聚醚類或聚氨酯類黏結(jié)劑。
[0022]在一實例中，該饋源通過碳纖維饋源支桿或充氣式氣囊饋源支桿固定在該囊體內(nèi)部以朝該超材料結(jié)構(gòu)定向。
[0023]根據(jù)本實用新型的用于浮空器的囊體裝置，天線的人造微結(jié)構(gòu)與囊體共形設置，饋源設置于囊體內(nèi)部，取代了現(xiàn)有技術在設置吊艙內(nèi)的獨立的天線，節(jié)省了吊艙的空間。另夕卜，天線由于在充氣并平穩(wěn)運行時的形狀不變，所以無需設置對超材料結(jié)構(gòu)進行定型的硬質(zhì)結(jié)構(gòu)以及支撐超材料結(jié)構(gòu)的底座等結(jié)構(gòu)，大大減輕了天線的重量。
【附圖說明】
[0024]在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之后，能夠更好地理解本實用新型的上述特征和優(yōu)點。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標記。
[0025]圖1是示出了常規(guī)的超材料平板透射天線的結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2是示出了根據(jù)本實用新型的一方面的透射式超材料天線的原理圖；
[0027]圖3是示出了根據(jù)本實用新型的一方面的具有圖2的透射式超材料天線的囊體裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖4是圖3中的囊體裝置的多層結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作詳細描述。注意，以下結(jié)合附圖和具體實施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應被理解為對本實用新型的保護范圍進行任何限制。
[0030]超材料由介質(zhì)基板和設置在基板上的人造微結(jié)構(gòu)組成，可以提供各種普通材料不具有的特性。人造微結(jié)構(gòu)在大小1/5到1/10個波長的尺度下，對外加電場和磁場具有電響應和磁響應，從而表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和等效磁導率。而且，人造微結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和等效磁導率可通過設計人造微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)來人為地控制。例如，通過設計每個導電微結(jié)構(gòu)的圖案和/或尺寸并將導電微結(jié)構(gòu)按一定規(guī)律排布，使得材料整體的電磁參數(shù)呈一定規(guī)律排布。規(guī)律排布的電磁參數(shù)使得超材料對電磁波具有宏觀上的響應，例如，匯聚電磁波、發(fā)散電磁波、吸收電磁波等。從而，可以根據(jù)需要設計出具有期望輻射特性的超材料天線。實踐中，一般根據(jù)天線的空間輻射特性，計算出超材料天線上每個位置處所需要的電磁參數(shù)，進而通過仿真軟件反向計算出該處導電微結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)。
[0031]圖1示出了一種常規(guī)的超材料平板透射天線100的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該超材料平板透射特性100主要包括超材料結(jié)構(gòu)110和饋源120兩部分。饋源120作為天線的能量源，用作天線的初級輻射器，向超材料結(jié)構(gòu)110提供電磁波照射。常規(guī)的，饋源120可由饋源喇叭、移相器、圓矩變換器等組成。電磁波透射經(jīng)過超材料結(jié)構(gòu)110之后，實現(xiàn)電磁波的匯聚，形成平面波以向外發(fā)射。
[0032]超材料結(jié)構(gòu)110包括基板111和位于基板111上的微結(jié)構(gòu)112。如超材料技術領域的人員所知的，這里的微結(jié)構(gòu)112可以是一系列的導電幾何結(jié)構(gòu)，這些導電幾何結(jié)構(gòu)的大小在1/5到1/10個波長的尺度。根據(jù)超材料結(jié)構(gòu)110所需要呈現(xiàn)的電磁特性，來設計這些導電幾何結(jié)構(gòu)的形狀并使其按特定規(guī)律排布。
[0033]通過計算指定位置處的初級饋源空間輻射特性，可以獲得超材料結(jié)構(gòu)110平面在饋源120 —側(cè)各位置處的電磁波相對相位分布Ph1-1nfti，Zi)，坐標(Xi, Zi)代表超材料結(jié)構(gòu)110平面上任意一點位置的坐標，其中超材料結(jié)構(gòu)110所在平面為X-Z平面。根據(jù)透射后所需要的電磁波傳播方向，可以計算出超材料結(jié)構(gòu)110平面背離饋源120 —側(cè)各位置處的電磁波相對相位分布Ph1-out (Xi, Zi)。由此可計算出超材料結(jié)構(gòu)110平面上每一位置處的相位差 Delta-Phi (Xi, Zi) = Ph1-out (Xi, Zi) 一 Ph1-1n (Xi, Zi)。根據(jù)該相位差，可以計算出超材料結(jié)構(gòu)110平面上每一位置處所需的電磁參數(shù)。進而通過CST Microwave Stud1等計算軟件可以反向計算出在各位置處的微結(jié)構(gòu)。此為超材料天線設計的一般性步驟，在此不再贅述。
[0034]平面的設計能夠有效地解決拋物面天線無法共形、折疊的問題。但平面形態(tài)無法在具備弧形表面的氣球、飛艇等設備中取得共形效果，需要額外設計搭載平臺，不利于一體化設計。
[0035]圖2是示出了根據(jù)本實用新型的一方面的透射式超材料天線200的原理圖。如圖2所示，該透射式超材料天線200可包括超材料結(jié)構(gòu)210和饋源220。浮空器的外表面通常呈曲面而非平面，例如氣球、飛艇等簡易浮空器的外表面往往呈弧形。為了能夠與這些浮空器的表面共形，超材料結(jié)構(gòu)210被設計成非平面，例如圖2所示的曲面形狀。
[0036]與平面設計不同，為達到相同的平面波出射效果，這種曲面天線需要在超材料結(jié)構(gòu)210面上任意位置處計算前后光程差值和相位差。以圖中考察點A為例，電磁波由饋源220經(jīng)超材料結(jié)構(gòu)210面考察點A達到參考面過程中經(jīng)歷的總路程為L(X，Y, Z)=L-1n(X, Y, Z)+L-out (X, Y, Z)，該數(shù)值在超材料結(jié)構(gòu)210曲面上每一點處各不相同，即相位延遲不同。為了電磁波匯聚為平面波，需要考慮該相位延遲。